KR20110109913A - 역류 도관이 없는 디스플레이 엘리먼트를 포함한 디스플레이 디바이스 - Google Patents

역류 도관이 없는 디스플레이 엘리먼트를 포함한 디스플레이 디바이스 Download PDF

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안드리 비트만
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Abstract

본 발명은 제1 전극 어레이에 연결된 전압원뿐만이 아니라, 적어도 하나의 비극성 액체와 적어도 두 개의 전기전도성 또는 극성 액체들, 가시적 하위부피공간, 추가적인 하위부피공간 및 상기 하위부피공간들에 연결된 적어도 두 개의 저장 부피공간들을 갖는 유체적으로 밀폐된 부피공간을 포함한 적어도 하나의 전자적으로 제어가능한 디스플레이 엘리먼트를 갖는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 이로써, 상기 전기전도성 또는 극성 액체들 각각은, 전극 어레이로의 전압의 인가에 관계없이, 각각의 저장 부피공간과 가시적 하위부피공간 또는 추가적인 하위부피공간 중 하나 사이에 상기 비극성 액체를 위한 유체 밀폐형 클로저를 항상 형성하도록 치수화된 부피공간을 취한다.

Description

역류 도관이 없는 디스플레이 엘리먼트를 포함한 디스플레이 디바이스{DISPLAY DEVICE COMPRISING DISPLAY ELEMENTS WITHOUT BACKFLOW DUCTS}
본 발명은 적어도 하나의 전자적 제어가능한 디스플레이 엘리먼트를 갖는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전기습윤(electrowetting) 효과를 이용한 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
관찰자에 대해 가시적인 위치와 비가시적인 위치사이에 액체들이 배치될 수 있는 디스플레이 디바이스를 색체 액체를 이용하여 구현하는 것은 잘 알려져 있다. 액체를 배치하기 위한 효율적인 수단에는, 액적(liquid droplet)에 즉시 인접하게 되는 전자 어레이에 전압이 제공되고, 이로써 전계가 액적에 작용을 하여, 그 결과로 표면 에너지를 증가시켜서 액체의 표면 장력을 증가시키는 소위말하는 전기습윤이 있다. 구성에 따라, 이것은, 전극의 기하학적 형상 및/또는 표면 성질에 따라, 그리고 지구 중력장에 대한 액체와 전극의 상대적 위치에 따라, 전극상의 액체의 확산 또는 전극상의 액체의 완전한 뒤덮힘을 야기시킬 수 있다. 전극이 구동되지 않을 때의 액체의 상태와 전극이 구동될 때의 액체의 상태간의 최대 효과를 달성하기 위해, 소수성 코팅(hydrophobic coating)을 전극에 제공하는 것이 알려져 있다. 위에서 언급한 수단들만을 이용하여, 추가적인 기능 엘리먼트들로 회귀하지 않고서 액적 이동을 구현하는 것은 이미 가능하다.
전계 세기의 국부적 변동에 의해, 이에 따라 액체의 국부적 표면 에너지는 수정될 수 있고, 따라서 액적의 기하학적 형상은 국부적으로 변경될 수 있다. 특히, 액적의 이동은 국부적으로 증가된 표면 에너지의 생성에 의해 유발될 수 있고, 상기 액적은 바람직하게 전계의 존재에 의해 특징지어진 대응하는 영역내로 확장한다. 반대로, 액체는 이러한 영역에서 에너지가 최저인 기하학적 형상, 즉 구형쪽으로 변하려는 경향이 있기 때문에, 액체는 자신이 영향을 받지 않음에 따라 보다 낮은 표면 에너지를 포함하는 영역 밖으로, 표면 장력으로 인한 액적의 영향받은 부분으로부터 이끌려간다. 이로써, 보다 낮은 전계 세기의 영역으로부터 보다 높은 전계 세기의 영역으로의 액체의 최종적 전송(net transport)이 초래된다.
이것을 기초로 하는 다양한 디스플레이 디바이스들이 이미 구현되어 왔다. 보통, 하나의 상태 또는 다른 하나의 상태를 선택적으로 취하는 전자적으로 제어가능한 쌍안정 디스플레이 엘리먼트를 생성하는 것이 언제나 목표가 되어왔다. 예를 들어, 양쪽 전극들간의 전계 세기의 비율로부터 운송 방향 각각이 초래되도록, 전기습윤의 효과를 이용하여 도관을 통해 연결된, 연계된 전극을 각각 포함한 제1 부피공간(volume)과 제2 부피공간사이에서 액체를 왕복운동시키는 것이 알려져 있다. 바람직하게, 액체가 운송되는 방향의 해당 전극에만 포텐셜이 각각 제공된다.
전자적으로 제어가능한 디스플레이 엘리먼트를 포함한 디스플레이 디바이스가 US 5,956,005 A로부터 알려져 있으며, 여기서는 전극 어레이가 극성 액체를 저장 부피공간으로부터 납작한 하위부피공간(subvolume)으로 이동시키도록 구성되어 있으며, 상기 극성 액체는 전극 어레이로의 전압의 공급에 관계없이 저장 부피공간과 납작한 하위부피공간 사이에서 유체 밀폐형 클로저가 항상 형성되도록 치수화된 부피를 취한다.
전기습윤에 기초한 디스플레이 디바이스가 WO 2009/036272 A1로부터 알려져 있는데, 여기서는 캐패시터를 형성하는 한 쌍의 전극들이 각각의 디스플레이 픽셀에 연계되어 있으며, 이로써 픽셀의 가시적 부피공간에 위치한 액체는 전계로 충전될 수 있다. 가시적 디스플레이 부피공간 및 저장소의 기하학적 형상들이 조정된다는 점에서 디스플레이 엘리먼트에 대한 조망 방향에서 가시적 디스플레이 영역 아래에 있는 저장소내로 극성 또는 전기전도성 액체의 리턴 전송이 달성되며, 이로써 전계로 충전되지 않는다면, 극성 또는 전기전도성 액체는 영-라플라스(Young-Laplace) 압력으로 인해 저장소내로 유입된다.
만약 다색성 디스플레이가 상기 언급한 기술을 이용하여 구현된다면, 이것은 상기 디스플레이 영역상에 나란히 배열되고 서로 다른 색상 액체들을 포함한 복수의 픽셀들에 의해서만 가능할 것이다. 하지만, 개개의 픽셀들이 두 개 보다 많은 색 상태들을 취할 수 있게 하도록 WO 2009/036272 Al에 따른 디바이스를 동작시키는 것은 불가능하다.
뿐만 아니라, 종래기술로부터 알려진 기술들은 두 개의 대응하는 하위부피공간들간의 액체 교환이 디스플레이 엘리먼트의 상태의 변경을 항상 발생시킨다는 원리에 기초하고 있으며, 하나의 액체는 전계에 의해 에너지공급될 때에 운송이 가능해지는 전기전도성 또는 극성 액체이며, 나머지 다른 하나의 액체는 전기전도성 또는 극성 액체가 제거되는 하위부피공간내로 전기전도성 또는 극성 액체를 정확하게 회피시키는 비극성 액체이다. 유압 병목현상을 방지하기 위해, 전기전도성 또는 극성 액체의 이동에 따라, 비극성 액체가 압력 평형에서 유출될 수 있도록 역류 도관이 항상 제공된다.
역류 도관의 이용은 역류 도관이 디스플레이 엘리먼트의 가시적 하위부피공간내에 적어도 부분적으로 배열되어야 한다는 이유로 심미적 단점을 가질뿐만 아니라, 또한 이러한 도관은 지속적으로 증가하는 픽셀 밀도의 기본적 목적에 대해 역행하는 일정한 공간을 필요로한다는 단점을 갖는다.
그러므로, 개개의 디스플레이 엘리먼트들이 두 개 보다 많은 색 상태들을 취할 수 있도록, WO 2009/036272 Al으로부터 알려진 기술을 한층 발전시키는 것이 본 발명의 목적이다. 뿐만 아니라, 제안될 디스플레이 엘리먼트는 디스플레이 평면에 대해 수직 방향으로 가능한 한 납작해야하지만, 이와 동시에 가능한 한 높은 어퍼처(aperture)를 제공해야 한다. 최종적으로, 제안된 디스플레이 엘리먼트는 역류 도관의 이용을 포기하는 것이 바람직하다.
본 목적은 다음의 것을 포함하는 적어도 하나의 전자적으로 제어가능한 디스플레이 엘리먼트를 포함한 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스에 의해 해결된다:
적어도 하나의 비극성 액체 및 적어도 두 개의 전기전도성 또는 극성 액체들 - 상기 적어도 두 개의 전기전도성 또는 극성 액체들은 비극성 액체와 혼합되지 않으며, 상기 전기전도성 또는 극성 액체들은 항상 서로 공간적으로 분리되어 있음 -;
가시적 하위부피공간, 추가적인 하위부피공간, 및 각각의 저장 부피공간에서 제공된 상기 전기전도성 또는 극성 액체가 상기 가시적 하위부피공간 또는 상기 추가적인 하위부피공간내에 적어도 대부분이 위치할 때 상기 비극성 액체의 적어도 일부분이 각각 위치하는 상기 전기전도성 또는 극성 액체들 중 하나만을 각각 제공하기 위해 상기 가시적 하위부피공간 및 상기 추가적인 하위부피공간과 유체적으로 통하는 적어도 두 개의 저장 부피공간들을 포함한 유체적으로 밀폐된 부피공간;
상기 전기전도성 또는 극성 액체들 중 적어도 하나가 저장 부피공간으로부터 상기 추가적인 하위부피공간으로 적어도 부분적으로 이동가능하도록, 적어도 전계를 갖는 섹션들로 상기 추가적인 하위부피공간을 선택적으로 배치하도록 구성된 제1 전극 어레이에 연결된 적어도 하나의 전압 공급원;
을 포함하며, 상기 추가적인 하위부피공간에서는 초과압력이 또는 상기 가시적 하위부피공간에서는 부족압력이 각각 생성되어 상기 제1 전극 어레이의 전계의 영향을 받지 않는 상기 전기전도성 또는 극성 액체가 상기 가시적 하위부피공간내로 유입되도록 하며,
상기 가시적 하위부피공간 및 상기 추가적인 하위부피공간은 납작하고, 상기 제1 전극 어레이의 탈에너지화 상태에서 상기 전기전도성 또는 극성 액체들이 영-라플라스 압력으로 인해 각각의 저장 부피공간내로 유입되도록 하기 위해 선택된 치수를 가지며,
만약 복수의 액체들이 하위부피공간에 존재하면, 상기 제1 전극 어레이 및/또는 상기 추가적인 하위부피공간은 상기 전기전도성 또는 극성 액체들의 혼합을 방지시키는 기하학적 형상 구조를 포함하며;
상기 전기전도성 또는 극성 액체들 각각은 자신들이 상기 전극 어레이에 의한 전압으로 충전되는 것과는 관계없이, 각각의 저장 부피공간과 가시적 하위부피공간 또는 추가적인 하위부피공간 중 하나 사이에 상기 비극성 액체의 유체 밀폐형 클로저를 항상 형성하도록 치수화된 부피공간을 취한다.
이에 따라, 본 발명은 전기습윤의 효과를 이용한 완전한 새로운 접근법을 개발해낸다. 적어도 두 개의 저장 부피공간들이 공통의 가시적 하위부피공간 및 공통의 추가적인 하위부피공간과 유체적으로 연결되는 것이 제공되며, 연계된 제1 전극 어레이의 탈에너지화 상태에서 상기 전기전도성 또는 극성 액체들이 상기 저장 부피공간들에 의해 추가적인 하위부피공간에 제공된다. 이것은 상기 하위부피공간 중 하나에 제공될 전기전도성 또는 극성 액적이 상기 연계된 저장 부피공간내의 상기 액적에 의해 취해질 표면보다 큰 크기에 따른 표면을 취하도록 하는 기하학적 형상을 포함하는 상기 가시적 하위부피공간 및 상기 추가적인 하위부피공간에 의해 달성될 수 있다. 상기 하위부피공간과 상기 저장 부피공간 사이의 영-라플라스 압력 강하는 집적적인 결과이며, 이로써 상기 전극 어레이의 탈에너지화 상태에서의 액적은 저장 부피공간의 방향으로 이동하려는 경향을 가질 것이다.
또한, 상기 전기전도성 또는 극성 액체들 각각의 부피공간은 저장 부피공간 및 상기 하위부피공간들 각각내에 있는 액체에 의해 취해질 수 있는 부피공간보다 적어도 다소 크도록 치수화되는 것이 제공된다. 상기 전기전도성 또는 극성 액체는 연계된 클로저 부피공간으로부터 완전히 탈출할 수 없으며 그 내부에 완전히 포함될 수 없으며 이에 따라 각각의 저장 부피공간내로의 비극성 액체의 진입을 방지하는 각각의 저장 부피공간의 클로저를 항상 형성하는 것이 직접적인 결과이다.
또한, 본 발명은 특히 역류 도관의 이용을 제공하지 않기 때문에, 비극성 액체의 각 부피공간은 저장 부피공간내에서 이용가능하게 되는 부피공간을 취할 때에만 전기전도성 또는 극성 액체의 전송의 결과의 압력 평형이 달성될 수 있는 것이 대응 디스플레이 디바이스들에서는 가능하지 않다. 모든 저장 부피공간들은 가시적 하위부피공간 및 추가적인 하위부피공간 모두를 통해 유체적으로 연결되기 때문에, 특정한 전기전도성 또는 극성 액체의 전송으로부터 항상 뒤따르며, 또한 나머지 다른 전기전도성 또는 극성 액체들도 압력 강하를 항상 받게 된다.
그러므로, 만약 특정한 색상의 전기전도성 또는 극성 액체를 연계된 저장 부피공간으로부터 가시적 하위부피공간내로 운송하는 것이 요망되면, 이것은 상기 가시적 하위부피공간에서 나타나지 않는 전기전도성 또는 극성 액체들이 추가적인 하위부피공간내로 유입되도록 전극 어레이를 동작시킴으로써 저장 부피공간들로부터 추가적인 하위부피공간내로 적어도 부분적으로 나머지 전기전도성 또는 극성 액체들을 운송시키는 것에 의해 달성된다. 본 발명에 따르면 어떠한 역류 도관도 제공되지 않기 때문에, 비선택된 전기전도성 또는 극성 액체의 상기 추가적인 하위부피공간내로의 전송 동안에, 상기 추가적인 하위부피공간에서는 과도 압력이 그리고, 가시적 하위부피공간에서는 부족압력이 각각 발달되며, 그 결과 상기 제1 전극 어레이의 전계의 영향을 받지 않은 선택된 전기전도성 또는 극성 액체는 가시적 하위부피공간내로 유입된다.
본 발명에 따른 디스플레이 디바이스는 또한 가시적 하위부피공간내에서 디스플레이될 전기전도성 또는 극성 액체들을 전송하는데 어떠한 전극들도 제공될 필요가 없다는 장점을 포함하는 것이 명백하다. 이러한 종래기술 대비 추가적인 중요한 차이는 가시적 하위부피공간을 설계할 때에 추가적인 자유를 제공한다.
종래기술로부터 시작하여, 만약 전기전도성 또는 극성 액체가 가시적 또는 추가적인 하위부피공간내에 존재한다면, 당업자는 본 발명에 따라 제공된 가시적 및 추가적인 하위부피공간의 납작한 설계가 상기 제안된 디스플레이 디바이스의 동작성에 필요한 영-라플라스 압력의 전기전도성 또는 극성 액체로의 인가를 보장하는 것과 관련하여 특별히 이해되어야 한다는 것을 추가로 인지할 것이다. 뿐만 아니라, 당업자는 납작한 하위부피공간들을 설계할 때, 특히 영-라플라스 압력을 활용하는 관점에서의 하위부피공간들의 최단 치수를 설계할 때에, 저장 부피공간들의 치수화가 또한 고려되어야 한다는 것과 납작한 하위부피공간들과 저장 부피공간들은 조화되어야 한다는 것을 알 것이다.
종래 기술로부터 알려진 것에 대한 제안된 디스플레이 디바이스의 추가적인 장점은 개개의 디스플레이 엘리먼트에 의해, 두 개의 색 상태들 보다 많이, 특히 색 상태 또는 무색 상태 보다 많이 표현하는 것이 이제 가능하다는 점에 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 전자 어레이의 탈에너지화 상태에서의 전기전도성 또는 극성 액체들이 각각의 저장 부피공간과 추가적인 하위부피공간 사이에서 유체 밀폐형 클로저를 형성하도록 상기 가시적 하위부피공간 및 상기 추가적인 하위부피공간의 기하학적 형상들이 조정된다.
이것은 보다 작은 영-라플라스 압력이, 가시적 하위부피공간내에 위치한 전기전도성 또는 극성 액체 보다는, 상기 추가적인 하위부피공간내에 위치한 전기전도성 또는 극성 액체에 인가되도록 가시적 하위부피공간과 추가적인 하위부피공간의 기하학적 형상들을 조정함으로써 수행될 수 있다.
전통적인 전기습윤 디스플레이 엘리먼트에 있어서 종래기술에서 이용될 때의 전기전도성 또는 극성 액체들은 일반적으로 서로 혼합되기 때문에, 본 발명은 만약 복수의 액체들이 적어도 부분적으로 상기 추가적인 하위부피공간내에 존재한다면, 제1 전극 어레이 및/또는 상기 추가적인 하위부피공간은 전기전도성 또는 극성 액체들의 혼합을 방지하는 기하학적 형상 구조를 포함하는 것을 제공한다. 실시예에 따르면, 상기 전극 어레이의 구조는, 전압이 독립적으로 제공될 수 있고, 서로 공간적으로 분리된 복수의 저장 부피공간들에 대응하는 복수의 전극들을 포함하는 것으로 구성되는 것이 제공되며, 각각의 전극은 단하나의 저장 부피공간에 연계되고, 이러한 저장 부피공간과 상기 추가적인 하위부피공간 사이의 천이 영역을 에워싼다.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 추가적인 하위부피공간의 기하학적 형상 구조는 상기 추가적인 하위부피공간이 적어도 하나의 로컬 넥킹을 포함하는 것으로 구성된다.
상기 가시적 하위부피공간을 관찰자에 대해 마주하는 제1 평면에 형성하고, 상기 저장 부피공간들을 상기 제1 평면 아래의 제2 평면에 형성하며 상기 추가적인 하위부피공간을 상기 제2 평면 아래의 제3 평면에 형성하는 것이 알맞다. 이로써 바람직하게 저장 부피공간들에서 상기 가시적 하위부피공간으로의 유체적 연결이 관찰자로부터 멀리떨어져 대면하는 상기 가시적 하위부피공간의 바닥면에서 일어난다. 바람직하게 저장 부피공간들에서 상기 추가적인 하위부피공간으로의 유체적 연결은 관찰자에 대해 마주보는 상기 추가적인 하위부피공간의 전면부에서 발생한다.
대체로, 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스를 반사형이나 또는 이와 달리 반투과형으로 설계하는 것, 즉 주변광을 배타적으로 이용하거나 또는 추가적인 광원을 이용하는 것 중 하나를 통해 설계하는 것이 가능하다. 반사형인 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스의 실시예는 비극성 액체가 상기 가시적 하위부피공간내에 존재할 때 상기 비극성 액체는 실질적으로 투명하며, 이에 따라 가시적 하위부피공간의 바닥면에서 반사된 반사기의 광을 취하는 것을 특징으로 한다. 대체로, 바닥면은 저장 부피공간들이 가시적 하위부피공간에 유체적으로 연결되어 있는 납작한 가시적 하위부피공간의 바닥면을 나타내야 한다. 입사광의 방향에서 바라볼 때 상기 가시적 하위부피공간 뒤에 상기 반사기를 배치하는 것이 적절할 수 있다.
이와 달리, 디스플레이 디바이스는 또한, 디스플레이 디바이스에 대한 조망 방향으로 가시적 하위부피공간 아래에서 배열되어 있으며 관찰자의 조망 방향과 역평행하는 가시적 하위부피공간을 적어도 부분적으로 관통하여 전파하는 광을 방출하는 특정 색 스펙트럼을 갖는 광원을 포함한 자가발광 디스플레이 엘리먼트를 이용하여 반투과형으로 구현될 수 있다. 그러므로, 상기 전기전도성 또는 극성 액체들이 광원의 광에 대한 색 필터로서 역할을 하는 것이 제공된다. 반투과 디스플레이 디바이스를 구현하는데 있어서, 만약 전기전도성 또는 극성 액체가 가시적 하위부피공간내에 존재한다면, 나머지 다른 전기전도성 또는 극성 액체들은 상기 추가적인 하위부피공간내에 제공되고 이로써 상기 광원으로부터 방출된 광 스펙트럼에 영향을 미치거나 또는 방출된 광 세기를 감소시키는 상기 디스플레이 엘리먼트의 배면에서 배열된 광원으로부터 방출된 광에 대한 장애물을 나타낸다는 것을 고려해야만 한다. 따라서, 반투과 디스플레이 디바이스의 경우, 디스플레이 엘리먼트의 배면에서 방출된 광이 상기 추가적인 하위부피공간에서 제공된 전기전도성 또는 극성 액체들에 의해 차지된 추가적인 하위부피공간의 영역들 주변에 안내되는 것을 처리하는 광학 구조물들이 제공되어야 한다. 이와 달리, 광을 디스플레이 엘리먼트들내, 바람직하게는 저장 부피공간들의 영역내에서 측면으로 광을 유입시키고 이로써 방해받지 않는 광 전파를 위한 충분한 공간 구축이 제공되는 것도 생각할 수 있을 것이다. 종래기술로부터 알려진 광 분배 플레이트들이 이용될 수 있으며, 실시예에 따라, 측광 입력이 제공된다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 상기 디스플레이 엘리먼트는 전계를 적어도 섹션들에서 갖도록 가시적 하위부피공간을 선택적으로 배치하도록 구성되고 전압이 제공될 수 있는 제2 전극 어레이를 포함하는 것이 제공될 수 있다. 이러한 추가적인 전극 어레이는 특히 상기 가시적 하위부피공간내에 유압으로 운송되는 전기전도성 또는 극성 액체의 전파를 향상시키는데 이용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 디스플레이 엘리먼트는 전압이 인가되는 경우에만, 가시적 하위부피공간 또는 저장 부피공간내에 위치하는 전도성 또는 극성 액체에 의해 습윤화되는 소수성 표면을 갖는 적어도 하나의 선택 전극을 포함하며, 상기 선택 전극은 상기 저장 부피공간과 상기 가시적 하위부피공간 사이의 천이 영역에서 배열되는 것이 제공된다. 이 실시예는 전계를 갖거나 갖지 않은 상태로 가시적 하위부피공간을 배치하도록 전압이 제공될 수 있는 제2 전극 어레이를 상기 디스플레이 디바이스가 포함하는지에 여부에 관계없이 유익할 수 있다.
하지만, 만약 디스플레이 디바이스가 상기 제2 전극 어레이를 포함하고, 이것이 균일하게 구현되어, 디바이스의 작동의 결과로서, 실질적으로 전체 가시적 하위부피공간이 전계를 갖도록 배치된다면, 상기 가시적 하위부피공간내로 이동되지 않는 나머지 다른 전기전도성 또는 극성 액체들을 상기 제2 전극 어레이에 대해 일정한 거리를 두면서 유지하고 특히 상기 저장 부피공간들내에 있도록 유지할 필요가 있다. 이것을 달성하기 위해, 각각의 저장 부피공간과 상기 가시적 하위부피공간 사이에서, 전압이 제공된 경우에만 전기전도성 또는 극성 액체에 의해 습윤화되는 천이 영역내로 소수성 코팅된 선택 전극이 놓이게 되는 것이 제공된다. 이로써, 각각의 선택 전극에 전압이 제공되지 않는 한, 상기 소수성 선택 전극이 각각의 저장 부피공간내로 적어도 일부분이 돌출되어 상기 제공된 전기전도성 또는 극성 액체들을 제2 전극 어레이의 영향에 따라 제거하는 것이 적절하다. 마찬가지로, 상기 가시적 하위부피공간내에 위치한 전기전도성 또는 극성 액체가 천이 영역에 도달하여 연계되지 않은 저장 부피공간들에 이르는 것을 방지하기 위해 상기 선택 전극은 상기 가시적 하위부피공간내로 조금 돌출하는 것이 적절하다.
선택 전극들을 이용할 때에, 연계된 저장 부피공간과 가시적 하위부피공간 사이의 천이 영역에 위치한, 상기 가시적 부피공간내로 상기 선택된 전기전도성 또는 극성 액체를 운송하도록, 즉 전압을 제공하도록 선택 전극을 작동시키는 것이 적절하다.
상기 가시적 하위부피공간내에 위치한 전기전도성 또는 극성 액체의 상기 연계된 저장 부피공간내로의 역류에 대비하여, 상기 제2 전극 어레이로의 전압 공급을 먼저 차단하고, 그런 후 연계된 선택 전극으로의 전압 공급을 차단하는 것이 적절하다.
마지막으로 언급한 수단에 추가하여, 가시적 하위부피공간 내부에 있는 전기전도성 또는 극성 액체, 및 저장 부피공간들에 존재하는 이러한 액체들 모두에 대한 배리어를 형성하는 엘리베이션(elevation)들이 상기 가시적 하위부피공간내 및 천이 영역 주변에 제공될 수 있다.
선택 전극들의 이용을 갖는 본 발명의 디스플레이 디바이스의 실시예에 따르면, 선택 전극들은 각각의 저장 부피공간을 관통하여 디스플레이 엘리먼트의 배면까지 판금형성되고, 이로써 디스플레이 디바이스의 디스플레이 엘리먼트들은 표준화된 인쇄 보드에 의해 각 엘리먼트들의 뒷 표면상에서 완전히 판금형성될 수 있는 것이 제공된다. 이와 같은 전극들의 관통 판금형성(through-plating)은 마이크로 비아들로서 당업자에게 알려져 있으며 이것은 매우 잘 습득된다. 이 실시예에 의해, 알려진 TFT 플레이트들은 액세스 엘리먼트들로서 이용될 수 있다. 예컨대, 완전히 반사형으로 동작되는 시스템의 경우와 같이, 생성된 총 구조물이 투명할 것을 요구하지 않는다면, 표준화된 FR4 보드 등도 액세스 엘리먼트들로서 이용될 수 있다. 이러한 멀티층 연결 기술들에서, 구동 칩과 같은, 디스플레이 디바이스의 필요한 구동 엘리먼트들은 본 구성의 배면상에 장착될 수 있고, 보다 큰 영역들을 형성하기 위한 개개의 하위모듈들의 실제적으로 끊김없는 결합이 가능해진다.
본 발명의 실시예에서, 공통 가시적 하위부피공간에 유체적으로 연결된 정확히 여덟 개의 저장 부피공간들이 포함되며, 각각의 저장 부피공간은 시안색, 마젠타색, 노란색, 검정색, 적색, 녹색, 청색 또는 백색 중 하나를 수용하는 것이 제공된다.
개개의 디스플레이 엘리먼트들이 두 개 보다 많은 색 상태들을 취할 수 있도록, WO 2009/036272 Al로부터 알려진 기술을 한층 발전시킬 수 있다.
본 발명의 추가적인 세부사항들은 아래의 도면의 설명에서 발견될 수 있다. 도면들의 간단한 설명은 다음과 같다:
도 1은 본 발명에 따른 디스플레이 엘리먼트의 실시예의 평면도이다;
도 2는 도 1의 실시예의 배면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 추가적인 디스플레이 엘리먼트의 세 개의 단면도들이다.
도 1에서, 본 발명에 따른 디스플레이 엘리먼트(1)의 제1 실시예의 평면도가 나타난다. 이 평면도에서는, 구체적으로 이 실시예에서 제공된 제2 전극 어레이(8)의 존재에 의해 나타나는 가시적 하위부피공간(4)에 더하여, 천이 영역에서 상기 가시적 부피공간(4)에 제공되거나 또는 한면상에서 상기 가시적 하위부피공간을 제한시키는 상기 제2 전극 어레이(8)에 제공된, 세 개의 저장 부피공간들(6)은 각각 상기 제2 전극 어레이(8)로부터 전기적으로 격리된 선택 전극(9)을 포함한다. 선택 전극(9)은 소수성 코팅된다. 이러한 방식으로, 제2 전극 어레이(8)를 균일하게 구현하는 것, 즉 전압이 제공될 때, 연계된 저장 부피공간(6)에 위치한 상기 전기전도성 또는 극성 액체들 각각이 전계의 영향 범위내에 있을 결과를 기본적으로 야기시킬 전계를 갖고 전체 가시적 하위부피공간(4)이 배치되도록 하는 것이 가능하다. 하지만, 이것은 선택 전극(9)을 통해 억제될 수 있는데, 즉 전압이 연계된 선택 전극(9)과 제2 전극 어레이(8)에 동시적으로 제공될 때 상기 전기전도성 또는 극성 액체만이 상기 연계된 소수성 코팅된 선택 전극(9)을 습윤화시키도록 함으로써 억제될 수 있다. 전압이 인가되지 않은 나머지 다른 선택 전극들(9)의 소수성 코팅은 대응하는 전기전도성 또는 극성 액체들의 습윤화(wetting)를 막아주고, 이에 따라 천이 영역내로 진입하여 제2 전극 어레이(8)의 전계의 영향 범위에 있을 가시적 하위부피공간(4)에 이르는 것을 막아준다.
도 2는 도 1에서 나타난 디스플레이 엘리먼트(1)의 배면도를 도시한다. 제1 전극 어레이(7)는 특히 전기적으로 분리됨에 따라 독립적으로 구동될 수 있는 세 개의 전극들로 전극 어레이(7)를 분할시키는 구조물을 포함한다는 것을 인지할 수 있다. 상기 전극들 각각은 하나의 저장 부피공간(6)과 정확히 연계되어 있으며, 하나의 저장 부피공간(6)과 추가적인 하위부피공간(5) 사이의 천이 영역을 에워싼다는 것을 또한 인지할 수 있다. 이러한 방식으로, 디스플레이 엘리먼트(1)의 모든 전극들의 탈에너지화된 상태에서 저장 부피공간들(6)내의 모든 전기전도성 또는 극성 액체들은 독립적으로 구동될 수 있고, 즉 추가적인 하위부피공간(5)내에 복수개의 액체들이 존재하는 한, 액체들은 전극 어레이(7)의 구조로 인해 혼합될 수 없는 추가적인 하위부피공간(5)내로 이동될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 디스플레이 엘리먼트(1)의 실시예의 세 개의 단면도들을 도시한다. 본 단면도에서는 오직 세 개의 저장 부피공간들(6)만이 나타나고 있지만, 가시적 하위부피공간(4) 및 상기 추가적인 하위부피공간(5)에 마찬가지로 유체적으로 연결된 추가적인 저장 부피공간들(6)이 도형 평면에 대해 수직한 방향으로 제공될 수 있다는 것을 알 것이다.
윗 도면에서는, 제 1 전극 어레이(7), 및 (만약 존재하는 경우) 제2 전극 어레이(8)에 전압이 제공되지 않을 때의, 본 발명에 따른 디스플레이 엘리먼트(1)의 초기 상태가 나타난다. 이 경우, 표현된 전기전도성 또는 극성 액체들(2)은 각자의 연계된 저장 부피공간들(6)내에 위치한다. 각각의 전기전도성 또는 극성 액체(2)의 부피는 각자 연계된 저장 부피공간(6)보다 크며, 이에 따라 전극 어레이들(7, 8)의 탈에너지화 상태에서도, 각각의 전기전도성 또는 극성 액체(2)의 일부는 추가적인 하위부피공간(5)내로 돌출하는 것을 또한 알 수 있다. 가시적 하위부피공간(4)과 비교하여 보다 높은 높이 h2(즉, h2>h1)로 인해 추가적인 하위부피공간(5)은 전기전도성 또는 극성 액체(2)가 가시적 하위부피공간(4)과 비교하여 보다 작은 표면의 기하학적 형상을 취하도록 해주기 때문에, 전극 어레이들(7, 8)의 탈에너지화 상태에서 연계된 저장 부피공간(6)내에서 수용될 수 없는 전기전도성 또는 극성 액체(2)의 액체 부분은 가시적 하위부피공간(4)내로 진입하는 것이 아닌, 추가적인 하위부피공간(5)내에 진입하는 쪽을 선호한다. 각각의 저장 부피공간(6)과 추가적인 하위부피공간(5) 사이의 나타난 상황에서, 이러한 과잉의 액체 부분의 부분적인 진입은 본 발명에 있어서 중요한 클로저 기능에 영향을 미친다.
도 3에서의 중간 도면 및 아래 도면 각각은 전기전도성 또는 극성 액체(2)가 활성화된 상태, 즉 전기전도성 또는 극성 액체(2)가 가시적 하위부피공간(4)내로 이동하는 상태의 본 발명에 따른 디스플레이 엘리먼트(1)의 상태를 도시한다. 중간 도면에서, 이것은 도면에서 보여지지 않는 상기 제1 전극 어레이의 대응 전극들에 전압을 제공하는 것을 통해 도면의 좌우측상의 전기전도성 또는 극성 액체(2)를 추가적인 하위부피공간(5)내로 이동시킴으로써 달성되었다. 아래 도면에서는, 이에 대응하여, 전압이 제공되었던 제1 전극 어레이의 좌측 중간 전극이 탈에너지화 상태의 좌측 중간 저장 부피공간(6)에서 수용된 전기전도성 액체를 추가적인 하위부피공간(5)내로 이동시킨다. 양쪽의 경우들에서, 추가적인 하위부피공간(5)내로의 전기전도성 또는 극성 액체들의 이동은 가시적 하위부피공간(4)과 추가적인 하위부피공간(5) 사이의 압력 강하를 야기시키고, 그 결과, 추가적인 하위부피공간(5)내로 유입되지 않았던 전기전도성 또는 극성 액체(2)는 유압으로 가시적 하위부피공간(4)내에 운송되었다. 활성화 상태에 있는 본 발명에 따른 디스플레이 엘리먼트(1)를 도시하는 중간 도면과 아래 도면은, 또한 양쪽 하위부피공간들(4, 5)뿐만이 아니라 저장 부피공간(6) 및 전기전도성 또는 극성 액체들의 부피공간들이 조화되어, 각각의 전기전도성 또는 극성 액체(2)가, 각자의 상태에 관계없이, 즉 디스플레이 엘리먼트(1)내의 각자 위치에 관계없이, 항상 가시적 또는 추가적인 하위부피공간들(4,5)과 각각의 저장 부피공간(6) 간에 유체 밀폐형 클로저를 형성하는 것을 보여준다.
도 3에서 나타난 디스플레이 엘리먼트가 선택 전극들의 이용을 제공하는 경우, 대응하는 전기전도성 또는 극성 액체가 적어도 그 대부분이 가시적 하위부피공간(4)내에서 디스플레이되는 한, 중간 도면에서의 중간 저장 부피공간(6)과 연계된 선택 전극, 아래 도면에서의 우측 저장 부피공간(6)과 연계된 선택 전극이 활성화되는 앞서 언급한 클로저 기능을 형성하는 것이 적절하다.
전술한 설명, 청구항들 및/또는 첨부된 도면들에서 개시된 특징들은, 개별적으로 및 임의의 조합으로, 본 발명을 다양한 형태들로 구현하기 위한 물질들일 수 있다.
1: 디스플레이 엘리먼트, 2: 전기전도성 또는 극성 액체
3: 비극성 액체, 4: 가시적 부피공간
5: 추가적인 하위부피공간, 6: 저장 하위부피공간
7: 제1 전극 어레이, 8: 제2 전극 어레이
9: 선택 전극, 10: 바닥면

Claims (9)

  1. 적어도 하나의 전자적으로 제어가능한 디스플레이 엘리먼트를 포함한 디스플레이 디바이스에 있어서:
    적어도 하나의 비극성 액체 및 적어도 두 개의 전기전도성 또는 극성 액체들 - 적어도 상기 전기전도성 또는 극성 액체들은 상기 비극성 액체와 혼합되지 않으며, 상기 전기전도성 또는 극성 액체들은 항상 서로 공간적으로 분리되어 있음 -;
    가시적 하위부피공간, 추가적인 하위부피공간, 및 각각의 저장 부피공간에서 제공된 상기 전기전도성 또는 극성 액체가 상기 가시적 하위부피공간 또는 상기 추가적인 하위부피공간내에 적어도 대부분이 위치할 때 상기 비극성 액체의 적어도 일부분이 각각 위치하는 상기 전기전도성 또는 극성 액체들 중 하나만을 각각 제공하기 위해 상기 가시적 하위부피공간 및 상기 추가적인 하위부피공간과 유체적으로 통해있는 적어도 두 개의 저장 부피공간들을 포함한 유체적으로 밀폐된 부피공간; 및
    상기 전기전도성 또는 극성 액체들 중 적어도 하나가 각자의 저장 부피공간으로부터 상기 추가적인 하위부피공간으로 적어도 부분적으로 이동가능하도록 하기 위해, 상기 추가적인 하위부피공간을 적어도 부분적으로 전계를 갖도록 선택적 배치하도록 구성된 제1 전극 어레이에 연결된 적어도 하나의 전압 공급원;
    을 포함하며,
    상기 추가적인 하위부피공간에서는 초과압력이 생성되거나 또는 상기 가시적 하위부피공간에서는 부족압력이 각각 생성되어 상기 제1 전극 어레이의 전계의 영향을 받지 않는 상기 전기전도성 또는 극성 액체가 상기 가시적 하위부피공간내로 유입되도록 하며,
    상기 가시적 하위부피공간 및 상기 추가적인 하위부피공간은, 상기 제1 전극 어레이의 탈에너지화 상태에서의 상기 전기전도성 또는 극성 액체들이 영-라플라스(Young-Laplace) 압력으로 인해 각각의 상기 저장 부피공간내로 유입되도록 하는 선택된 치수들을 가지면서 납작하며,
    만약 복수의 액체들이 하위부피공간에 존재하면, 상기 제1 전극 어레이 및/또는 상기 추가적인 하위부피공간은 상기 전기전도성 또는 극성 액체들의 혼합을 방지시키는 기하학적 형상 구조를 포함하며;
    상기 전기전도성 또는 극성 액체들 각각은, 자신들이 상기 전극 어레이에 의한 전압으로 충전되는 것과는 관계없이, 상기 가시적 하위부피공간 또는 상기 추가적인 하위부피공간 중 하나와 상기 저장 부피공간 각각 사이에서 상기 비극성 액체에 대한 유체 밀폐형 클로저를 항상 형성하도록 치수화된 부피공간을 취하는 것인, 디스플레이 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전극 어레이의 탈에너지화 상태에서의 상기 전기전도성 또는 극성 액체들이 상기 저장 부피공간 각각과 상기 추가적인 하위부피공간 사이에서 상기 유체 밀폐형 클로저를 형성하도록 상기 가시적 하위부피공간 및 상기 추가적인 하위부피공간의 기하학적 형상들이 조정되는 것인, 디스플레이 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 보다 낮은 영-라플라스 압력이 상기 가시적 하위부피공간내에 있을 때의 상기 전기전도성 또는 극성 액체 보다는, 상기 추가적인 하위부피공간내에 있는 상기 전기전도성 또는 극성 액체에 인가되도록, 상기 가시적 하위부피공간과 상기 추가적인 하위부피공간의 기하학적 형상들이 조정되는 것인, 디스플레이 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 전극 어레이의 구조는, 전압이 독립적으로 제공될 수 있고, 서로 공간적으로 분리되어 배열된 복수의 전극들에 대응하는 복수의 저장 부피공간들을 포함하도록 구성되며, 상기 전극들 각각은 정확히 단하나의 저장 부피공간과 연계되고, 이러한 저장 부피공간과 상기 추가적인 하위부피공간 사이의 천이 영역을 에워싸는 것인, 디스플레이 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 디스플레이 엘리먼트는 적어도 전계를 섹션들에서 갖도록 상기 가시적 하위부피공간을 선택적으로 배치하도록 구성되며, 전압이 제공될 수 있는 제2 전극 어레이를 포함하는 것인, 디스플레이 디바이스.
  6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 상기 디스플레이 엘리먼트는 전압의 인가시에만, 상기 가시적 하위부피공간내에 위치하거나 또는 상기 저장 부피공간들 중 하나의 저장 부피공간내에 위치하는 전도성 또는 극성 액체에 의해 습윤화(wet)되는 소수성(hydrophobic) 표면을 갖는 적어도 하나의 선택 전극을 포함하며, 상기 선택 전극은 상기 저장 부피공간들 중의 하나의 저장 부피공간과 상기 가시적 하위부피공간 사이의 천이 영역에서 배열되거나, 또는 전압이 제공되는 경우에만 상기 저장 부피공간들 중 하나의 저장 부피공간내에 배열되며, 상기 선택 전극은 상기 저장 부피공간들 중 하나의 저장 부피공간과 상기 가시적 하위부피공간 사이의 천이 영역에 배열되는 것인, 디스플레이 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 추가적인 하위부피공간의 기하학적 형상 구조는 상기 추가적인 하위부피공간이 적어도 하나의 로컬 넥킹을 포함하도록 구성되는 것인, 디스플레이 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 비극성 액체는 실질적으로 투명하며, 이에 따라 상기 비극성 액체가 상기 가시적 하위부피공간내에 존재할 때 상기 가시적 하위부피공간의 바닥면에서 반사된 광은 반사기의 색상을 취하며, 상기 바닥면은 상기 저장 부피공간들이 상기 가시적 하위부피공간과 유체적으로 연결되어 있는 납작한 가시적 하위부피공간의 바닥면인 것인, 디스플레이 디바이스.
  9. 제1항에 있어서, 상기 선택 전극들은 각각의 저장 부피공간을 관통하여 상기 디스플레이 엘리먼트의 배면까지 판금형성되고, 이로써 상기 디스플레이 디바이스의 디스플레이 엘리먼트들은 표준화된 인쇄 보드에 의해 각자의 배면들상에서 전체가 접촉될 수 있는 것인, 디스플레이 디바이스.
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